Устойчивость движения прицепов лесовозных автопоездов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТРАНСПОРТ ЛЕСА

УСТОЙЧИВОСТЬ движения прицепов ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ

A. А. КАМУСИН, проф. каф. транспорта леса МГУЛ, д-р техн. наук,

Н.И. КАЗНАЧЕЕВА, доц. каф. транспорта леса МГУЛ, канд. техн. наук,

B. А. БОРИСОВ, доц. каф. транспорта леса МГУЛ, канд. техн. наук,

Д.В. АКИНИН, доц. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, канд. техн. наук

kamusin@mgul.ac.ru, vborisov@mgul.ac.ru ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ

При достаточно высоких скоростях движения, характерных для автопоездов, даже очень незначительные возмущения от неровностей поверхности качения или от порывов ветра могут вызвать колебания («виляния») прицепов в плоскости качения. Исследования показывают, что критическая скорость движения автопоезда, после которой возникает неустойчивость движения, может быть увеличена, главным образом, за счет увеличения жесткости системы и в меньшей степени за счет увеличения демпфирующих сопротивлений.

Ключевые слова: теория автомобиля, автопоезда, критическая скорость автопоезда.

При достаточно высоких скоростях движения, характерных для автопоездов, даже очень незначительные возмущения от неровностей поверхности качения или от порывов ветра могут вызвать колебания («виляния») прицепов в плоскости качения. Эти колебания, называемые часто автоколебаниями, носят «самовозбуждающийся» характер и отличаются от вынужденных колебаний тем, что при отсутствии колебаний отсутствует и возбуждение.

Но для самовозбуждения необходим источник энергии, за счет которого эти колебания поддерживаются, и, кроме того, самовозбуждающаяся система должна обладать способностью отбирать определенную часть энергии от источника. Последнее зависит от таких дина-

Рисунок. Модель бокового увода прицепа

устойчивость и неустойчивость движение

мических характеристик колебательной системы, как собственные частоты, формы колебаний и коэффициенты затухания. Напомним, что собственные частоты системы в свою очередь зависят от ее массы и жесткости.

Поступление энергии, возбуждающей автоколебания прицепов, буксируемых автомобилями, обеспечивается кинетической энергией движущегося автопоезда, то есть в этом случае на систему не действуют никакие периодические внешние возмущения, источником колебаний является движущийся прицеп.

Исследования показывают, что критическая скорость движения автопоезда, после которой возникает неустойчивость движения, может быть увеличена, главным образом, за счет увеличения жесткости системы и в меньшей степени за счет увеличения демпфирующих сопротивлений.

Применительно к рассматриваемой системе такими средствами являются увеличение поперечной жесткости сцепного устройства, соединяющего дышло прицепа с буксирным крюком тягача, и увеличение демпфирующего сопротивления в присоединительных шарнирах сцепного устройства.

Для автоколебаний характерно также постоянное стремление к росту амплитуды и если оно не будет ограничено, виляние прицепа может стать весьма интенсивным и создать аварийную ситуацию.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014

143

ТРАНСПОРТ ЛЕСА

Если в процессе роста амплитуды поперечных колебаний влияние факторов, приведших к их самовозбуждению, снижается (например, при уменьшении скорости движения) и в конце концов падает до нуля, то это будет означать, что достигнуто равенство значений энергии, потребляемой и рассеиваемой системой за один цикл колебаний, и движение становится устойчивым.

На рисунке приведена схема, которая может быть положена в основу исследования устойчивости движения прицепа. На этой схеме: точка К соответствует сцепной петле дышла прицепа, точка С - его центр масс; момент упругой связи в присоединительном шарнире тягача

Mc = С0(У - в) + РсО - РХ

где с0 и в0 - соответственно круговая жесткость и демпфирующее сопротивление в шарнире;

SKl и SK2 - поперечные силы взаимодействия передних и задних колес прицепа с поверхностью качения;

F - сила упругости при поперечной деформации сцепного устройства,

F = V

Ск - поперечная жесткость сцепного устройства в точке К.

Математическая модель, описывающая движение прицепа в плоскости качения, может быть составлена из уравнений поступательного движения в поперечной плоскости и вращательных движений относительно вертикальной оси, проходящей через точку С. Будем при этом считать углы у и в малыми и принимать, что

, 4 /Сс1 1л kqolo

So. + sk2 = -(kMP - —ф-

V

Составим уравнения движения

E7 = 0; m(y + ^ = (£и + sk2) - F; (1)

или

+ fcgi+fcs2 p+ kslh-ks2l2 Cfe Q

J m r mv my

где m - масса прицепа;

CKm - квадрат собственной частоты поперечных колебаний системы.

= 0 -V: + Sk2/2 + F/0 - M =

или

(2)

+ c0(if/ -Ю + Pobl> - Ю = о

где J - момент инерции системы относительно вертикальной оси проходящей через центр масс прицепа.

Для оценки устойчивости или неустойчивости рассматриваемой системы нужно построить характеристическое уравнение системы, составленной из дифференциальных уравнений движения (1) и (2). Характеристическое уравнение этой системы в общем виде запишется так.

a4X4 + a3X3 + a2X3 a: X + а0 = 0.

Два условия, обеспечивающие устойчивость движения системы, состоят в том, чтобы все коэффициенты этого уравнения были положительны и чтобы при a4 = / выполнялось неравенство

a: a2 a3 > a:2 + a32 a0.

Проблема устойчивости движения лесовозных автопоездов - тягачей и прицепов - связана с упругими свойствами шин, обладающих способностью не только радиальной, но и боковой деформации под действием дорожных возмущений.

Исследование и оценка устойчивости или неустойчивости движения базируется на исследовании решений линейных дифференциальных уравнений или качественном анализе нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих движение системы, и критериях, принимаемых в качестве оценок устойчивости и неустойчивости движения.

Библиографический список

1. Камусин, А.А. Лесовозные автопоезда: учеб. пособие / А.А. Камусин, А.В. Скрыпников, Е.В. Кон-драшева. - М.: МГУЛ, 2012. - 268 с.

2. Курьянов, В.К. Лесотранспорт как система водитель - автомобиль - дорога - среда: учеб. пособие / В.К. Курьянов, А.В. Скрыпников, В.А. Борисов.

- М.: МГУЛ, 2010. - 370 с.

3. Васильев, А.В. Строительство и реконструкция автомобильных дорог: справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т.1 / А.В. Васильев, Б.С. Мары-шев, В.В. Силкин и др.; под ред. А.П. Васильева.

- М.: Информавтодор, 2005. - 646 с.: ил.

4. Камусин, А.А. Определение парка лесовозных машин с гидроманипуляторным оборудованием и выбор наиболее эффективного парка машин / А.А. Камусин, В.А. Борисов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 1999. - № 4(9). - С. 90-92.

5. Борисов, В.А. Исследование движения лесовозных автопоездов на горизонтальных кривых / В.А. Бо-

144

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014

ТРАНСПОРТ ЛЕСА

рисов. // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2009. - № 2(65). - С. 73-80.

6. Борисов, В.А. Учет параметров движения и анализ устойчивости лесовозных автопоездов при торможении / В.А. Борисов. // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2009. - № 2(65). - С. 80-86.

7. Резникова, Н.Е. Анализ методов расчета уширения проезжей части / Н.Е. Резникова, В.А. Борисов // В мире научных открытий. - Красноярск: Научноинформационный издательский центр, 2009., ISSN 2072-0831. - № 1. - С. 45-57.

8. Резникова, Н.Е. Изменения величины зазора безопасности при движении автопоездов на кривых и прямых горизонтальных участках / Н.Е. Резникова, В.А. Борисов // В мире научных открытий.

- Красноярск: Научно-информационный издательский центр, 2009. - ISSN 2072-0831. - № 2. -С. 5-12.

9. Резникова, Н.Е. Особенности расчета скорости с применением ЭВМ при проектировании трассы дороги / Н.Е. Резникова, В.А. Борисов // В мире научных открытий. - Красноярск: Научно-информационный издательский центр, 2009. - ISSN 2072-0831. - № 2. - С. 13-19.

10. Резникова, Н.Е. Применение ЭВМ для анализа основных режимов движения лесовозных автопоездов / Н.Е. Резникова, В.А. Борисов // В мире научных открытий. - Красноярск: Научно-информационный издательский центр. - 2009. - ISSN 2072-0831. - № 2. - С. 20-26.

STABILITY OF MOTION TRAILERS HAULING TRUCKS

Kamusin A.A. (MSFU), Kaznacheeva N.I. (MSFU), Borisov VA. (MSFU), Akinin D.V. (MSFU)

kamusin@mgul. ac.ru, vborisov@mgul. ac.ru

Moscow State Forest University (MSFU), 1st Institutskaya st., 1, 141005, Mytischi, Moscow region, Russia

At high speeds, typical for road trains, even very minor disturbance from surface roughness rolling or from the

gusts of wind can cause fluctuations («wobbling»of trailers in the plane of rolling. Studies show that the critical speed of

movement of road train, after which there is instability of the motion, can be increased, mainly due to increase rigidity of

the system and to a lesser extent, increased damping resistors.

Keywords: theory car, stability and instability of movement of the trains up to critical velocity of the vehicle.

References

1. Kumusin A.A., Skrypnikov A.V., Kondrasheva Ye.V Lesovoznyye avtopoyezda: ucheb. posobiye [Timber-carrying trains : Proc . allowance]. Moscow. MSFU, 2012. 268 p.

2. Kuryanov VK., Skrypnikov A.V, Borisov VA. Lesotransport kak sistema voditel - avtomobil - doroga - sreda [Lesotransport as a system driver - vehicle - road - Wednesday : Textbook. allowance]: ucheb. posobiye. Moscow. MGUL, 2010. 370 p.

3. Vasilyev A.V., Maryshev B.S., Silkin VV Stroitelstvo i rekonstruktsiya avtomobilnykh dorog: spravochnaya entsiklopediya dorozhnika (SED) [Construction and reconstruction of roads : reference encyclopedia Roadman (EDS)]. T.1. Moscow. Informavtodor, 2005. 646 p.: il.

4. Kamusin A.A., Borisov VA. Opredeleniye parka lesovoznykh mashin s gidromanipulyatornym oborudovaniyem i vybor naiboleye effektivnogo parka mashin [Definition of forest park machines gidromanipulyatornym equipment and selection of the most efficient fleet]. Moscow State Forest University Bulletin - Lesnoj Vestnik. 1999. № 4(9). pp. 90-92.

5. Borisov V.A. Issledovaniye dvizheniya lesovoznykh avtopoyezdov na gorizontalnykh krivykh [Motion Study of logging trucks on horizontal curves]. Moscow State Forest University Bulletin - Lesnoj Vestnik. 2009. № 2(65). pp. 73-80.

6. Borisov V.A. Uchet parametrov dvizheniya i analiz ustoychivosti lesovoznykh avtopoyezdov pri tormozhenii [Accounting motion parameters and stability analysis of logging trucks during braking]. Moscow State Forest University Bulletin - Lesnoj Vestnik. 2009. № 2(65). pp. 80-86.

7. Reznikova N.E., Borisov VA. Analizmetodov rascheta ushireniyaproyezzhey chasti [Analysis of calculation methods of broadening the roadway].V mire nauchnykh otkrytiy. Krasnoyarsk. Nauchno-informatsionnyy izdatelskiy tsentr, 2009. ISSN 2072-0831. № 1. pp. 45-57.

8. Reznikova N.E., Borisov V.A. Izmeneniya velichiny zazora bezopasnosti pri dvizhenii avtopoyezdov na krivykh i pryamykh gorizontalnykh uchastkakh [Changes in the gap safety when driving trucks on curves and straight horizontal sections].V mire nauchnykh otkrytiy. Krasnoyarsk. Nauchno-informatsionnyy izdatelskiy tsentr», 2009. ISSN 20720831. № 2.-pp. 5-12.

9. Reznikova N.E., Borisov V A. Osobennosti rascheta skorosti sprimeneniyem EVMpriproyektirovanii trassy dorogi [Features velocity calculation using computers when designing road route]. V mire nauchnykh otkrytiy. Krasnoyarsk. Nauchno-informatsionnyy izdatelskiy tsentr, 2009. ISSN 2072-0831. № 2. pp. 13-19.

10. Reznikova N.E., Borisov V A. Primeneniye EVMdlya analiza osnovnykh rezhimov dvizheniya lesovoznykh avtopoyezdov [The use of computers for the analysis of the main modes of motion of logging trucks]. V mire nauchnykh otkrytiy. Krasnoyarsk. Nauchno-informatsionnyy izdatelskiy tsentr, 2009. ISSN 2072-0831. № 2. pp. 20-26.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014

145